Radziecki detektor Geigera-Müllera СИ3БГ
Licznik Geigera (licznik Geigera-Müllera) –
urządzenie
opracowane przez
Hansa Geigera
wraz z Walterem Müllerem w
1928
roku, mierzące
promieniowanie jonizujące
.
Ponieważ
jonizacja
gazów wewnątrz licznika zachodzi nie tylko w wyniku
promieniowania alfa
, ale także innych rodzajów
promieniowania jonizującego
(
beta
i
gamma
), toteż licznik Geigera zlicza w istocie niemal całkowity poziom czynników jonizujących w otoczeniu. Licznikiem Geigera można oceniać także liczbę
fotonów
światła (jak we wspomnianej niżej
fotodiodzie gazowanej
) i promieniowania
rentgenowskiego
, ale nie można nim badać bezpośrednio natężenia strumienia
neutronów
– cząstek nie wywołujących
jonizacji
. Jednak istnieje rozwiązanie pomijające wspomnianą przeszkodę. Licznik taki albo wypełnia się
wodorem
(neutrony zderzają się z jądrami wodoru –
protonami
, powodując ich ruch) lub też otacza się folią
kadmową
, wówczas neutrony pochłaniane przez
kadm
, wywołują w nim reakcję jądrową, wynikiem czego jest powstanie promieniowania gamma. Następnie promieniowanie gamma przenika do objętości czynnej licznika powodując powstanie sygnału. Warunkiem wykorzystania kadmu, jest wcześniejsze spowolnienie neutronów do energii otoczenia (neutrony termiczne), co można otrzymać, np. poprzez umieszczenia licznika w bloku
parafinowym
,
teflonowym
itp.
Rozwinięciem licznika Geigera jest opracowany w
1947
przez Sydneya Lebsona licznik halogenowy (wykorzystujący pary
rtęci
). Różni się od pierwowzoru większą trwałością i niższym – bezpieczniejszym – napięciem polaryzującym, co jest istotne w zastosowaniu do urządzeń przenośnych. Obniżenie napięcia pracy można również otrzymać poprzez dodanie domieszki
chlorowców
do gazu roboczego.
Budowa licznika
Konstrukcja licznika sprowadza się do szczelnego szklanego cylindra i umieszczonej w nim rury metalowej (z
miedzi
lub
aluminium
– na rysunku niebieskiej), która stanowi
elektrodę
ujemną –
katodę
. Przez środek rury katody przebiega cienki drut stanowiący elektrodę dodatnią –
anodę
(na rysunku czerwony). Cylinder szklany wypełniony jest mieszaniną
gazów
: ok. 90 %
argonu
lub innego
gazu szlachetnego
i ok. 10 %
par
alkoholu
.
Ciśnienie
mieszaniny gazów w cylindrze wynosi kilkadziesiąt
hektopaskali
, a zatem znacznie mniej od atmosferycznego. Z
elektronicznego
punktu widzenia jest to zatem
lampa gazowana
podobna trochę do
gazotronu
albo
gazowanej fotodiody
z usuniętym elementem światłoczułym.
Działanie licznika
Elektrody muszą być spolaryzowane napięciem rzędu kilkuset
woltów
. Jeśli do wnętrza licznika trafi np.
cząstka alfa
, to wywoła jonizację atomów gazu wzdłuż swojego toru ruchu. Powstałe w wyniku jonizacji elektrony i jony gazu przyspieszane są w polu elektrycznym, a następnie zderzają się z innymi atomami powodując dalsze jonizacje i w efekcie wyładowanie lawinowe. Wyładowanie to objawia się w zewnętrznym obwodzie elektrycznym zamkniętym
rezystorem
R powstaniem impulsu napięcia, będącym skutkiem wychwytywania przez cylindryczną katodę jonów gazu. Impuls ten przez kondensator kierowany jest do układu pomiarowego. Czas trwania impulsu, wywołanego pojedynczą cząstką, tzn. czas upływający od chwili rozpoczęcia wyładowania lawinowego do jego wygaśnięcia, nazywany jest czasem
martwym
licznika. Istotne jest, aby był on jak najkrótszy. Wówczas możliwe jest odróżnienie od siebie kolejnych, szybko po sobie nadlatujących cząstek. Wpływ na to ma zarówno konstrukcja elektrod (ich wielkość i odległość od siebie), ciśnienie mieszaniny gazów, jak i skład tej mieszaniny: np. pary
alkoholu
tłumią wyładowania. Czas martwy przeciętnego licznika jest rzędu stu mikrosekund.
Za kondensatorem układ pomiarowy typowego licznika zawiera obwody zliczające pojawiające się impulsy i przekształcające je w sygnały
dźwiękowe
(trzaski – to najwcześniej stosowana wersja), błyski, albo na wskazania bądź to wskaźnika wychyłowego, bądź to wyświetlacza alfanumerycznego.
Zobacz też